Hallo Forum, ich bin auf der Suche nach einem Signalgenerator, der mir einen 32 MHz Takt mit einer Genauigkeit von 0,1 ppm bereitstellt. Funktionsgeneratoren von z.B. Keysight kosten ein Vermögen und ich bin auf der Suche nach einer kostengünstigen Alternative. Ich überlege, ob es ausreichend wäre, einen VCTCXO zu verwenden. Kennt jemand von euch eine gute Möglichkeit? Hintergrund: Ich habe ein Board für den STM32WB55 entworfen und benötige hierfür einen Takt für Bluetooth Low Energie mit einer geforderten Genauigkeit von +-25 ppm. Zurzeit verwende ich hierfür einen Quarzoszillator (welcher nicht kalibriert werden muss). Ich habe gemerkt, dass es im Hinblick auf die Programmierung eleganter ist, einen externen Quarz zu verwenden (da dieser z.B. im Sleep-Modus automatisch abgeschaltet wird und hinsichtlich der wake-up Zeit etc. konfiguriert werden kann), allerdings muss dieser vor der ersten Verwendung kalibriert werden. Der Mikrocontroller hat hierfür interne Kapazitäten, die über Software eingestellt werden können, um den Schwingkreis zu tunen. Ich benötige nur ein Referenzsignal, welches ich an den Mikrocontroller anschließe. Die übrige Kalibrierung wird dann quasi vom Mikrocontroller selbst übernommen. Danke und liebe Grüße René
Im Normalfall reicht es für 25ppm aus, die Schaltung richtig zu machen, aka die Lastkapazitäten korrekt auszuwählen und einen ausreichend genauen Quarz zu verwenden. Man bestimmt die notwendigen Lastkapazitätne (hinprobieren zum Beispiel), um genau auf die geforderte Frequenz zu kommen und verifiziert das dann mit der ersten Produktionscharge. Wenn der Mittelwert von >100 Platinen genaupasst, stimmen die Kapazitäten. Dazu ist ein Messmittel mit vielleicht 5ppm Genauigkeit zur Not schon ausreichend. Das kann ein Oszilloskop sein (vorausgesetzt, das hat die richtigen Funktionen) oder ein Frequenzzähler und der Taktausgang des µCs. Wer besonders hohe Ansprüche hat, kann das problemlos auch am Produktionstestadapter nachmessen, auch dazu reiche ein Referenztakt mit zur Not 5ppm noch aus. Irgendwelche Kalibrierungstänze im Microcontroller macht für gringe Ansprüche wie BLE niemand! Und 0,1ppm ist für BLE völlig übertrieben.
Eins habe ich vergessen: Natürlich muss man die Frequenz am AUSGANG des µC messen, und mit EXAKT dem Layout, das man später verwendet. Grund ist, dass selbst ein aktiver Tastkopf den Quarz geringfügig verzieht, und man dann den falschen Wert einstellt. Man kann auch einen Timer nehmen, und z.B. einen 10kHz-Takt ausgeben, vorausgesetzt das Teilerverhältnis ist absolut konstant und der Takt wird vom Quarztakt abgeleitet.
Name: schrieb: > und mit EXAKT dem Layout, das man später verwendet. Nicht nur das Layout muss übereinstimmen, sondern auch der Lagenaufbau und Dielektrika der Leiterplatte. Manche Poolanbieter sichern (ggf. gegen Aufpreis) bestimmte Lagenaufbauten zu, bei anderen kann er von Lieferlos zu Lieferlos durchaus abweichen.
René W. schrieb: > Ich benötige nur ein Referenzsignal, welches ich > an den Mikrocontroller anschließe. Die übrige Kalibrierung wird dann > quasi vom Mikrocontroller selbst übernommen. Und warum muss es dann unbedingt 32MHz sein? Jedes vernünftige GPS-Empfängermodul mit 1PPS-Ausgang lässt sich für die Kalibierung als Zeitreferenz heran ziehen.
Wolfgang schrieb: > Jedes vernünftige GPS-Empfängermodul mit 1PPS-Ausgang lässt sich für die > Kalibierung als Zeitreferenz heran ziehen. ...und zwar an der Strippe, die in der BNC-Buchse steckt.
Vielen Dank für die hilfreichen Antworten. ALso bei mir läuft das Projekt noch unter "Hobby", deshalb habe ich nach einer günstigen Möglichkeit gesucht, den Quarz zu kalibrieren. Ich beziehe mich auf die AN5042 von ST (Seite 22), da wird die Genauigkeit von 0,1 ppm für die Referenzquelle gefordert. Diese Anforderung kommt mir auch etwas zu hoch vor. Meiner Meinung nach müsste ja (Genauigkeit des Quarzes)+(Genauigkeit der Referenzquelle)<(geforderte Genauigkeit = +-25 ppm) sein, dann müsste es doch passen, oder? Ich habe jetzt auch Quarzoszillatoren gefunden (70 Euro pro Stück), welche bei Raumtemperatur eine Genauigkeit von bis zu 0,5 ppm haben, die ich als Referenzquelle nutzen könnte. Name: schrieb: > Dazu ist ein Messmittel mit vielleicht 5ppm Genauigkeit zur Not schon > ausreichend Ja, ich schätze mal, dass diese Genauigkeit ausreichen wird. Wolfgang schrieb: > Und warum muss es dann unbedingt 32MHz sein? Sorry, hab nachgeschaut, also für die automatische Kalibrierung werden 16 MHz benötigt. Automatisch heißt, dass der Mikrocontroller sich anhand einer Referenzquelle selbst kalibriert. Ansonsten benötige ich halt noch ein genaues Oszilloskop und muss verschiedene Kapazitäten selbst ausprobieren. Der Mikrocontroller hat interne Kapazitäten, mit denen der Quarz per Software entsprechend kalibriert werden kann. Wolfgang schrieb: > Jedes vernünftige GPS-Empfängermodul mit 1PPS-Ausgang lässt sich für die > Kalibierung als Zeitreferenz heran ziehen. Würdest du das bitte genauer erläutern? Klingt interessant.
René W. schrieb: > Ich habe jetzt auch Quarzoszillatoren gefunden (70 Euro pro Stück), > welche bei Raumtemperatur eine Genauigkeit von bis zu 0,5 ppm haben, Die letzten, die ich mit dieser Stabilität gekauft hatte, kosteten < 70 Cent. Will sagen: selbst für ein paar Euro kannst Du einen passenden TCXO bekommen. Die eigentliche Taktfrequenz wird bei den STM32 per PLL erzeugt, sodaß auch ein Oszillator mit (günstigen) 10 MHz verwendet werden kann. René W. schrieb: > Wolfgang schrieb: >> Jedes vernünftige GPS-Empfängermodul mit 1PPS-Ausgang lässt sich für die >> Kalibierung als Zeitreferenz heran ziehen. > > Würdest du das bitte genauer erläutern? Klingt interessant. An einem µC Capture-Eingang wird das ext. 1pps Signal angelegt und per Timer gemessen. Dadurch kann der interne Takt ermittelt und korrigiert werden. Wenn ich mich nicht irre, sollte das beim STM32WB55 auch der Falls sein.
Mich würde mal brennend interessieren wofür man bei einer Mikrocontroller-Anwendung eine solch hohe Genauigkeit braucht. Oder läuft da jemand einem Phantom hinterher das sich dann später irgendwann wie eine grosse Blase in Nichts auflöst?
Für 10 MHz und für gut 50 EU habe ich folgendes zusammengefügt: - Ein µC (hier ein Tiny24) mit externem 10 MHz Quarz. - Der "Lastkondensator" am XTAL1-Pin ist ein Trimmer, dem über 47 pF eine VariCap-Diode parallelgeschaltet ist. (Deren Beschaffung ist mittlerweile die größte Schwierigkeit!) - Ein GPS-Modul mit 1pps-Puls löst über ICP, verzögerungsfrei die Erfassung des Zählerstandes des 16-Bit-Timer1 im NORMAL-Mode (mit Erweiterungsregister über TIM1_OVF) aus. - Die Software erfasst die Abweichung von 10.000.000 Takten zwischen zwei 1pps-Pulsen. - Die Software steuert (mit eher stoischer Regel-Philosophie, die extreme Abweichungen ignoriert und kleine Erfassungsfehler ausmittelt) über eine PWM und eine RC-Tiefpass-Kaskade (womit die PWM-Frequenz unterdrückt wird) die Abstimmspannung der VariCap- Diode. Sobald der GPS-Empfang stabil ist, sind die 10 MHz nach wenigen Sekunden so genau, wie der PPS-Puls. Das kann die Software auch mit ROT-GELB-GRÜN sichtbar machen. Mit den Tiny-µCs ist bei 20 MHz Schluss. Mit 16 MHz + Verdoppler wäre deine Frage gelöst.
Kuno schrieb: > Der "Lastkondensator" am XTAL1-Pin ist ein Trimmer, dem über > 47 pF eine VariCap-Diode parallelgeschaltet ist. (Deren Beschaffung > ist mittlerweile die größte Schwierigkeit!) Darum nimmt man besser einen VCTCXO und kann sich nach einmaligem Abgleich das GPS-Zeugs sparen. Gerade nicht lieferbar, aber als Beispiel: https://lcsc.com/product-detail/SMD-Oscillators-XO_KDS-Daishinku-KDS-1XTV10000MDA_C253701.html Oder so mit 32 MHz: https://www.digikey.de/product-detail/de/taitien/TXEABDSANF-32-000000/1664-1243-1-ND/6126558
René W. schrieb: > Ich beziehe mich auf die > AN5042 von ST (Seite 22), da wird die Genauigkeit von 0,1 ppm für die > Referenzquelle gefordert. Diese Anforderung kommt mir auch etwas zu hoch > vor. Die Frage ist: Wofür? Für eine Eieruhr wäre diese Anforderung in der Tat unangemessen hoch. Du machst hier den Fehler, Lösungen für nichts zu vergleichen. Zumindest hast du und nichts zum Problem gesagt. Dabei kann nur Quatsch heraus kommen.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Zumindest > hast du und nichts zum Problem gesagt. Dabei kann nur Quatsch heraus > kommen. Nicht nur, aber doch ziemlich viel. Rein akademische Probleme zu wälzen macht nicht wirklich Spass. Erst die praktische Anforderung ....
Stefan ⛄ F. schrieb: > Die Frage ist: Wofür? Steht doch hier. René W. schrieb: > Ich habe ein Board für den STM32WB55 entworfen und benötige hierfür > einen Takt für Bluetooth Low Energie mit einer geforderten Genauigkeit > von +-25 ppm Über den Faktor 250 für die Genauigkeit der Kalibrierquelle gegenüber den tatsächlichen Anforderungen muss man in der Tat diskutieren. Normalerweise reicht ein Faktor 10 ;-)
Wolfgang schrieb: > Steht doch hier. Daraus kann ich mir für die Anforderungen noch nicht wirklich einen Reim machen. Wolfgang schrieb: > Normalerweise reicht ein Faktor 10 ;-) Mir würde ein Faktor 1 reichen, denn eine Herstellerspezifikation beinhaltet sicherlich schon eine Reserve die alles abdeckt was an Unzulänglichkeiten daherkommen mag. Das kommt davon (nicht du, Wolfgang) wenn man keine Ahnung hat und alles päpstlicher als der Papst machen will. Da wird sich dann wochenlang mit einem Nebenschauplatz herumgeschlagen, völlig für die Katz .... Daher auch meine "Befürchtung" beo bachta schrieb: > Oder läuft da jemand einem Phantom hinterher das sich dann > später irgendwann wie eine grosse Blase in Nichts auflöst? Ich finde es ja immer wieder klasse wie die Fachleute hier ihr geballtes Wissen herauslassen, oft schon einen Wettkampf um die beste Lösung starten ohne die Sinnhaftigkeit der ge- stellten "Problematik" in Frage zu stellen. Dabei entstehen dann auch oft noch Streitsituationen (um des Kaisers Bart) bei denen ich nur noch den Kopf schütteln kann.
Also, wenn es um präzise Zeiten und Frequenzen geht dann findest du die ganz harten Jungs im Internet auf einer Mailingliste namens Time-Nuts Standard bei den Time-Nuts sind zum Beispiel GPSDOs (GPS-disziplinierte Oszillatoren). Wobei als Oszillatoren gerne Rubidium-Oszillator verwendet werden (einfache Atomuhren, gibt es auf eBay). Das scheint so die Grenze dessen zu sein was Hobbymäßig geht und noch bezahlbar ist. Einfach mal die genannten Stichworte googeln. Es gibt einige Hobby-Projekte und Bauanleitungen.
m.n. (Gast) schrieb: > Darum nimmt man besser einen VCTCXO und kann sich nach einmaligem > Abgleich das GPS-Zeugs sparen. Dann macht er Vorschläge, die nach Abgleich (äääh, gegen was denn?) auf ±1.0 ppm/year spezifiziert sind. (Nicht schlecht für den Preis!) Aber da beißt sich doch die Katze in den Schwanz: - Es werden 0,1 ppm gesucht und die müssen dann auch gegen < 0,1 ppm abgeglichen werden. Es gibt viele teurere Möglichkeiten für 0,1 ppm (und genug billigere betrügerische Angebote in der Bucht) - aber GPS-PPS, oder weiter gefasst: GNSS-PPS kann das deutlich unter 100 EU. (*) Nachvollziehbar und (*) Dauerhaft!
Mit genuegend Kleingeld in der Portokasse kaeme auch eine Referenz mit einem Wasserstoff-Maser in Frage. Die sind "fast" so gut wie die Atomuhren der PTB. Und das Quadratmeter Stellflaeche wird sicher jeder uebrig haben.
René W. schrieb: > Ich beziehe mich auf die > AN5042 von ST (Seite 22), da wird die Genauigkeit von 0,1 ppm für die > Referenzquelle gefordert. Dort steht lediglich, daß das Frequenzmessgerät zum Abgleich diese Genauigkeit haben soll. Ein Abgleich mit den µC-internen Kondensatoren soll eine Auflösung von ca. 1 ppm bieten. Das bietet manch ein TCXO als Grundgenauigkeit ohne jeglichen Abgleich. Und damit ist folgende Forderung überhaupt nicht gegeben. Kuno schrieb: > - Es werden 0,1 ppm gesucht Kuno schrieb: > Es gibt viele teurere Möglichkeiten für 0,1 ppm (und genug billigere > betrügerische Angebote in der Bucht) - aber GPS-PPS, oder weiter > gefasst: GNSS-PPS kann das deutlich unter 100 EU. > (*) Nachvollziehbar > und > (*) Dauerhaft! (*) unnötig
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